浅谈无功补偿与电压调节
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作者: 朱威 范鲜润
中图分类号：TM 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2011)09-0-01
摘要：电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压的稳定对确保电力系统安全可靠运行和正常生产有举足轻重的作用，同时对提高电能质量、延长设备的使用寿命也有十分重要的意义，而无功则是影响电压的一个重要因素。所以说，无功功率并不等同于无用功率，它的用处很大，电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。
关键词：电压调节 调节 控制
变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。但是，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命；另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降。为了确保电网电压稳定和降低线路损耗，我们必须采取科学合理的方式对无功和电压进行控制和调节。这样，电压和无功调节的重任就落到各级变电站的头上。可以这么说，电容器投切是变电站无功调节的最简单有效的方法，变压器分接头档位的调节是母线电压控制的最直接手段。另外还需要说明一下的是，变压器分接头的变化不仅对电压有影响，而且对无功也有一定的影响，同样电容器组的投切在对无功影响的同时也对电压造成一定的影响。
1、变电站无功与电压的综合控制与调节的主要方式
补偿容量不足时的无功功率平衡。进行系统无功功率平衡的前提是保持系统的电压水平正常，否则，系统的电压质量就得不到保证。正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。这种平衡是系统无功功率不足时达到的平衡，是由于系统的电压水平下降，无功功率负荷本身具有的电压调节效应，使全系统的无功功率需求有所下降而达到的。
系统无功功率电源充足时的无功功率平衡。系统的无功功率电源比较充足，系统就能具有较高的运行电压水平；反之，系统的无功功率电源不足，则反映为系统运行电压水平偏低。因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，根据这个要求来装设必要的无功功率补偿装置。配电网无功优化补偿。在实际运行中，使用无功自动补偿装置进行就地补偿，可以在实现减少线损的同时，对电压质量起到一定的改善作用。
2、无功补偿与电压调节的发展方向
目前，国内许多电力系统的无功补偿与电压控制依然采用传统的方式，有载调压变压器和电力电容器只能手动调节和投切，不能实现实时电压控制或无功补偿。因此实现实时无功补偿以保证电力系统电压的连续稳定性，是研究的主要方向。
电力系统是一个复杂的动态关联系统，其潮流是动态变化并相互关联的。变电站内变压器分接开关在某个范围内的调整将影响无功功率的交换，进而影响电网无功潮流的分布和节点电压的变化。单个变电站独立实行无功电压控制，存在局部优化但影响全局的弊端。
要解决上述弊端，必须考虑全局的优化，将各个变电站点采集的无功电压数据和控制结果送至调度中心或集控站的主机，依据实时的潮流进行状态估计，确定各个变电站节点电压和无功要求，对全网的无功电压进行分层分区综合调整。
3、AVC 研究现状
基于最优潮流的实时电压自动控制集安全性和经济性于一体，可实现安全约束下的经济性闭环控制。正常运行情况下，AVC 通过实时监视电网无功电压情况，进行在线优化计算，分层调节控制电网无功电源及变压器分接头，调度自动化主站对接入同一电压等级、电网各节点的无功补偿可控设备实行实时最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流运行，达到电压优质和网损最小。省级电网研究的AVC 是集中控制型的，也即在电网调度自动化系统SCADA、EMS与现场调度装置之间通过闭环控制实现AVC。
电力系统电压自动控制主要有以下两个方面：
――无功补偿可控设备的自动化。包括发电机、有载调压器、电容（电抗器）、SVC、STATCOM 及其他无功补偿设备的自动控制；
――全网无功电压的最优化。
4、结 论
无功补偿及电压调节的优化首先要搞好无功就地平衡，无功补偿的理想状态是各级电压线路上没有无功电流流动，各级电压母线的功率因数均为1。为此，应本着自下而上，由末端向电源端的顺序逐级平衡补偿。在补偿方式上宜采用集中补偿和分散补偿相结合，以分散为主；高压补偿和低压补偿相结合，以低压为主的原则。并安装自动补偿投切装置。在电网中采用有载调压变压器，安装无功――电压优化自动控制装置，可以实现经济调压。
电网的无功、电压调节和管理的必要措施如下：
（1）采取电网分层分区运行；
（2）加强电网无功及电压的调节和管理；
（3）电力系统分区并确定各个区的电压中枢点以便对电压进行分级分布式控制；
（4）合理配置无功补偿设备，做到无功就地补偿、分层分区平衡；
（5）加强送、受端电网建设，能提高运行可靠性、调度灵活性和通道的输送能力，并能提供足够短路容量和足够大惯性的系统；
（6）在长距离、大容量送电线路中大量采用串联补偿，以提高电网输送能力、改善运行电压水平；
（7）在落点集中的负荷中心、受端电源少、受端大规模接受西电东送的落点采用动态无功设备；
（8）对省网进行无功优化调节控制，实施分级分布式的控制策略，实现整个省网的闭环实时控制，实现全网无功优化配置；
（9）运用“无功电压优化集中控制系统”，完善电压自动监测网络，实现数据自动采集、自动传输和自动统计分析，实现全网无功优化实时控制。
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